[go: up one dir, main page]

RU2579932C2 - Regulated alternative current resistive heater - Google Patents

Regulated alternative current resistive heater Download PDF

Info

Publication number
RU2579932C2
RU2579932C2 RU2013151417/08A RU2013151417A RU2579932C2 RU 2579932 C2 RU2579932 C2 RU 2579932C2 RU 2013151417/08 A RU2013151417/08 A RU 2013151417/08A RU 2013151417 A RU2013151417 A RU 2013151417A RU 2579932 C2 RU2579932 C2 RU 2579932C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heater
capacitor
network
voltage
power
Prior art date
Application number
RU2013151417/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013151417A (en
Inventor
Георгий Маркович Мустафа
Original Assignee
Георгий Маркович Мустафа
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Георгий Маркович Мустафа filed Critical Георгий Маркович Мустафа
Priority to RU2013151417/08A priority Critical patent/RU2579932C2/en
Publication of RU2013151417A publication Critical patent/RU2013151417A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2579932C2 publication Critical patent/RU2579932C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Thyristors (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: regulated AC resistive heater contains a two-pole device, connected in series between a power network phase and a heater, created by the AC capacitor which capacitance is determined according to the lower limit of the power regulation zone of the heater connected to the two-pole device outlet terminals, and by two back-to-back circuits shunting the capacitor, each of them is made by completely controlled semiconductor rectifiers with pick-off diodes: back-to-back connected two IGBT-transistors shunted by bypass diodes, with connected emitters and collectors connected to the capacitor; or transistor with a pick-off diode; or two completely controlled IGCT-thyristors. The shunt diodes switch on at the moments of the capacitor alternating voltage passage through zero, and switch off with phase delay before the alternating current passage through zero such, that the phase control of the heater power is ensured.
EFFECT: network voltage remains high-quality even at the proportional powers of the network transformer and heater, and that connected network consumers operate without interferences, no additional filtration of the network power voltage is necessary.
2 cl, 5 dwg

Description

1. Предлагаемое устройство предназначено для регулирования нагрева. Оно включается между сетью переменного напряжения (alternate current, ас) и омическим нагревателем и обеспечивает плавное регулирование мощности, выделяющейся в нем.1. The proposed device is designed to control heating. It is connected between the alternating current network (alternate current, ac) and the ohmic heater and provides smooth control of the power released in it.

Известны устройства, применяемые для плавного регулирования омических нагревателей, питаемых электрической сетью переменного тока. В них используются пары встречно-параллельно соединенных тиристоров, вводимых в рассечку между сетью и омическим нагревателем. Изменение мощности осуществляется в них плавным сдвигом моментов включения тиристоров [1], стр.135-138. Такие устройства производятся многими предприятиями (серия устройств РНТТ на токи от 100 до 1000 А, [2]).Known devices used for the smooth regulation of ohmic heaters, powered by an alternating current electric network. They use pairs of counter-parallel connected thyristors, introduced into the cut between the network and the ohmic heater. The change in power is carried out in them by a smooth shift of the moments of inclusion of thyristors [1], pp.135-138. Such devices are manufactured by many enterprises (a series of RNTT devices for currents from 100 to 1000 A, [2]).

Омические нагреватели с ними имеют целый ряд достоинств, как то:Ohmic heaters with them have a number of advantages, such as:

- плавное регулирование мощности на сетевой частоте, не сопровождаемое низкочастотными пульсациями (фликкером);- smooth power control at the network frequency, not accompanied by low-frequency pulsations (flicker);

- большой срок службы, обусловленный отсутствием переключаемых механических контактов;- long service life due to the lack of switchable mechanical contacts;

- малые потери мощности и компактность;- low power loss and compactness;

- невысокая стоимость.- low cost.

Однако, наряду с этими достоинствами, тиристорно-регулируемые нагреватели имеют существенный дефект: плохую электромагнитную совместимость; сильные порождаемые ими искажения питающей электрической сети. Для фильтрации этих искажений и обеспечения нормальной работы электрической сети и подключенных к ней потребителей требуются дополнительные затраты, которые многократно превышают первоначальные затраты на сам тиристорный регулятор. Дополнительные системные затраты на фильтрацию при этом аннулируют по существу достоинства тиристорного регулятора.However, along with these advantages, thyristor-controlled heaters have a significant defect: poor electromagnetic compatibility; strong distortion generated by the power supply network. To filter these distortions and ensure the normal operation of the electric network and the consumers connected to it, additional costs are required that are many times higher than the initial costs of the thyristor regulator itself. The additional systemic costs of filtering at the same time invalidate the merits of the thyristor regulator.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в том, чтобы сохранить достоинства тиристорно-регулируемых нагревателей и одновременно снять проблему электромагнитной совместимости. При использовании предложенного устройства сетевое напряжение остается высококачественным даже при соразмерных мощностях сетевого трансформатора и нагревателя (технический результат). Присоединенные потребители сети функционируют без помех. Дополнительная фильтрация сети не требуется.The problem to which the claimed technical solution is directed is to preserve the advantages of thyristor-controlled heaters and at the same time remove the problem of electromagnetic compatibility. When using the proposed device, the mains voltage remains high quality even with the proportional capacities of the mains transformer and heater (technical result). Connected network consumers operate without interference. Additional network filtering is not required.

2. Желаемый эффект - устранение сильных искажений сетевого напряжения - достигается тем, что вместо двухполюсников из встречно включенных полууправляемых тиристоров в предложенном устройстве в рассечку между сетью переменного тока и омическим нагревателем вводятся двухполюсники, составленные из конденсаторов переменного напряжения и шунтирующих их полностью управляемых полупроводниковых вентилей (например, insulated gate bipolar transistor - IGBT, или insulated gate commutated thyristor - IGCT). Эти вентили замыкаются в моменты перехода переменного напряжения конденсатора через нуль, не рассеивая при этом энергии и сохраняя кривую напряжения непрерывной. Выключение шунтирующих вентилей осуществляется с фазовой задержкой ранее перехода переменного тока через нуль. Выключение это возможно в силу управляемости IGBT или IGCT. Кривая напряжения при выключении также непрерывна. Регулирование мощности осуществляется изменением фазы выключения шунтирующих вентилей.2. The desired effect - the elimination of strong distortions of the mains voltage - is achieved by the fact that instead of bipolar circuits from on-board semi-controlled thyristors in the proposed device, bipolar circuits composed of AC voltage capacitors and fully controlled semiconductor valves shunting them are introduced into the cut between the AC network and the ohmic heater ( e.g. insulated gate bipolar transistor - IGBT, or insulated gate commutated thyristor - IGCT). These gates are closed at the moments when the alternating voltage of the capacitor passes through zero, while not dissipating energy and keeping the voltage curve continuous. Shunt valves are turned off with a phase delay before the alternating current passes through zero. Shutdown is possible due to the controllability of IGBT or IGCT. The voltage curve during shutdown is also continuous. Power control is carried out by changing the phase off of the shunt valves.

3. Ниже представлены следующие чертежи, характеризующие сущность предлагаемого технического решения - регулируемого омического нагревателя переменного тока.3. The following drawings are presented, characterizing the essence of the proposed technical solution - an adjustable ohmic AC heater.

На фиг.1 представлена схема регулируемого омического нагревателя переменного тока с последовательным соединением шунтирующих транзисторных ветвей.Figure 1 presents a diagram of an adjustable ohmic alternating current heater with a series connection of shunt transistor branches.

На фиг.2 представлена схема регулируемого омического нагревателя переменного тока с параллельным соединением шунтирующих транзисторных ветвей.Figure 2 presents a diagram of an adjustable ohmic alternating current heater with parallel connection of shunt transistor branches.

На фиг.3 представлена схема замещения регулируемого омического нагревателя переменного тока.Figure 3 presents the equivalent circuit of an adjustable ohmic AC heater.

На фиг.4. представлены результаты математического моделирования работы регулируемого омического нагревателя в режиме с наибольшими искажениями сетевого напряжения.In figure 4. The results of mathematical modeling of the operation of an adjustable ohmic heater in the mode with the greatest distortion of the mains voltage are presented.

На фиг.5 приведены построенные по точкам характеристики регулируемого омического нагревателя в функции параметра регулирования alpha.Figure 5 shows the characteristics of the adjustable ohmic heater plotted by points as a function of the control parameter alpha.

4. Устройство предлагаемого технического решения представлено на фиг.1-2.4. The device of the proposed technical solution is presented in figure 1-2.

Регулируемый омический нагреватель переменного тока состоит из двухполюсника 1 (регулирующего элемента), подключенного последовательно между фазой питающей сети 2 и омическим нагревателем 3. Двухполюсник 1 образован подключенными параллельно конденсатором (конденсаторной батареей) 4 переменного напряжения и встречно-параллельными вентильными цепями, выполненными из полностью управляемых вентилей.The adjustable ohmic AC heater consists of a two-terminal 1 (regulating element) connected in series between the phase of the supply network 2 and an ohmic heater 3. The two-terminal 1 is formed by an alternating voltage capacitor (capacitor bank) 4 connected in parallel and counter-parallel valve circuits made of fully controllable gates.

На фиг.1 шунтирующие конденсатор 4 встречно-параллельные вентильные цепи образованы встречно-последовательным соединением двух транзисторов (например, IGBT) 5 и 6, зашунтированных обратными диодами 7 и 8. Эмиттеры транзисторов 5 и 6 объединены, а коллекторы присоединены к конденсатору 4. Управление мощностью нагревателя 3 осуществляется при помощи системы управления 9, в которую поступают сигналы управления и сигналы от датчиков (напряжения, тока), обобщенно обозначенные 10. К питающей сети могут быть подключены другие потребители 11 при помощи коммутационных аппаратов 12.In figure 1, the shunt capacitor 4 counter-parallel valve circuits are formed by the counter-series connection of two transistors (for example, IGBT) 5 and 6, shunted by the reverse diodes 7 and 8. The emitters of the transistors 5 and 6 are combined, and the collectors are connected to the capacitor 4. power of the heater 3 is carried out using a control system 9, which receives control signals and signals from sensors (voltage, current), generally designated 10. Other consumers 11 can be connected to the mains supply using mutation devices 12.

На фиг.2 одна из двух шунтирующих конденсатор 4 встречно-параллельных вентильных цепей образована транзистором 13 с отсекающим диодом 14, другая - транзистором 15 с отсекающим диодом 16.In figure 2, one of the two shunt capacitor 4 counter-parallel valve circuits is formed by a transistor 13 with a cut-off diode 14, the other a transistor 15 with a cut-off diode 16.

Вместо транзисторов в предлагаемом устройстве могут быть применены любые другие полностью управляемые вентили (т.е. вентили, способные и замыкаться, и размыкаться по сигналу управления), например IGCT (insulated gate commutated thyristor). При применении IGCT, обладающих обратной блокирующей способностью в схеме, представленной на фиг.2, отсекающие диоды 14 и 16 становятся ненужными. Разумеется также, что при необходимости обеспечения работы при высоких напряжениях в предлагаемом устройстве могут использоваться последовательно соединенные IGBT или IGCT.Instead of transistors, any other fully controllable valves (i.e., valves capable of both closing and opening by a control signal), for example IGCT (insulated gate commutated thyristor), can be used in the proposed device. When using IGCTs with reverse blocking capability in the circuit shown in FIG. 2, cut-off diodes 14 and 16 become unnecessary. It is also clear that if it is necessary to ensure operation at high voltages, the proposed device can be used in series with IGBT or IGCT.

5. Ниже представлены пояснения работы предлагаемого устройства.5. Below are explanations of the operation of the proposed device.

Конфигурация из конденсатора и шунтирующих его управляемых вентилей описана и проанализирована в [3], стр.216-234. Такой двухполюсник действует по основным гармоникам тока и напряжения как регулируемая емкость, которая изменяема от установленной емкости С конденсатора 4 (вентили не замыкаются) в сторону увеличения вплоть до бесконечно большой величины (вентили постоянно замкнуты). При промежуточных длительностях интервалов замыкания вентилей осуществляются промежуточные значения эквивалентной емкости.The configuration of the capacitor and its controlled bypass valves shunting it is described and analyzed in [3], pp. 216-234. Such a two-terminal network acts according to the main harmonics of current and voltage as an adjustable capacitance, which is variable from the installed capacitance C of the capacitor 4 (valves do not close) upwards to an infinitely large value (valves are constantly closed). At intermediate durations of the intervals for closing the valves, intermediate values of equivalent capacity are carried out.

Двухполюсники «конденсатор-шунтирующие транзисторы» дуальны к двухполюсникам «реактор-сериесные тиристоры», т.е. все свойства одного из них получаются из свойств другого заменой в следующей совокупности парных категорий:Bipolar “capacitor-shunt transistors” are dual to bipolar “reactor-series thyristors”, i.e. all the properties of one of them are obtained from the properties of the other by replacing in the following set of paired categories:

напряжение↔ток,voltage ↔ current

сопротивление↔проводимость,resistance ровод conductivity,

индуктивность↔емкость,inductance

источник э.д.с.↔источник тока,emf source; current source,

шунтовая схема↔сериесная схема.shunt circuit ери serial circuit.

Регулируемые тиристорами реакторы являются элементами шунтирующего типа, и они давно и широко применяются в электрических сетях для регулирования реактивной мощности. Дуальные двухполюсники - регулируемые транзисторами конденсаторы - являются элементами сериесного типа. Их применение в электрических сетях ограничено, поскольку сети (на уровне распределительных и потребительских сетей) являются по преимуществу источниками напряжения.Thyristor-controlled reactors are shunt type elements, and they have long been widely used in electrical networks to regulate reactive power. Dual bipolar - transistor-controlled capacitors - are elements of the series type. Their use in electric networks is limited, since networks (at the level of distribution and consumer networks) are mainly voltage sources.

В предлагаемом устройстве затруднения применения регулируемых с помощью переключений транзисторов емкостей снимаются синэнергетическим эффектом взаимодействия элементов:In the proposed device, the difficulties of using capacitance controlled by switching transistors are removed by the synergetic effect of the interaction of elements:

- конденсатор 4 устройства обеспечивает непрерывность напряжения омического сопротивления нагревателя 3 и непрерывность напряжения сетевых вводов и тем самым обеспечивает пониженный уровень высших гармоник. Для электромагнитной совместимости особенно важна достигаемая за счет непрерывности высокая скорость убывания высших гармоник с увеличением их порядка n. Как известно, в асимптотике эта скорость убывания для непрерывных переменных является квадратичной ~1/n2;- the capacitor 4 of the device ensures the voltage continuity of the ohmic resistance of the heater 3 and the voltage continuity of the network inputs and thereby provides a lower level of higher harmonics. For electromagnetic compatibility, the high decay rate of higher harmonics achieved by continuity with increasing order of n is especially important. As is known, in asymptotics, this rate of decrease for continuous variables is quadratic ~ 1 / n 2 ;

- омическое сопротивление нагревателя 3 демпфирует колебательный контур, образуемый реактансом короткого замыкания сети 2 и конденсатором 4 устройства и тем самым предотвращает возникновение переходных колебаний при переключениях транзисторов.- the ohmic resistance of the heater 3 dampens the oscillatory circuit formed by the short-circuit reactance of the network 2 and the capacitor 4 of the device and thereby prevents the occurrence of transient vibrations when switching transistors.

Осуществление сильного параметрического демпфирования переходных колебаний легко подтверждается при рассмотрении простой схемы замещения фиг.3. На схеме обозначено:The implementation of strong parametric damping of transient oscillations is easily confirmed when considering a simple equivalent circuit of Fig.3. The diagram indicates:

17 - коммутируемая ветвь двухполюсника 1,17 - switched branch of a two-terminal 1,

18 - сигнал задания мощности Pz нагревателя 3,18 is a signal for setting the power Pz of the heater 3,

19 и 20 - датчики напряжения сети 2 и конденсатора 4 соответственно.19 and 20 are voltage sensors of the network 2 and capacitor 4, respectively.

На схеме (фиг.3) указаны типичные относительные значения параметров элементов. Нормирование выполнено по номинальной мощности нагревателя 3, поэтому его омическое сопротивление R≈1. Емкость конденсатора 4 (конденсаторной батареи) определяется по задаваемой нижней границе зоны регулирования мощности Pz нагревателя 3; например, если задано Pz min≈18%, то установленная проводимость конденсатора 4:The diagram (figure 3) shows typical relative values of the parameters of the elements. Normalization is performed according to the rated power of the heater 3, therefore, its ohmic resistance R≈1. The capacity of the capacitor 4 (capacitor bank) is determined by the set lower limit of the power control zone Pz of the heater 3; for example, if Pz min≈18% is set, then the installed conductivity of the capacitor 4:

yО≈45%.yО≈45%.

Трансформаторы классов напряжений 10/0.4, 10/0.69, 6/0.4, 6/0.69 имеют типичный реактанс короткого замыкания 4.5%. Таким образом, в худшем случае, когда мощность трансформатора равна мощности нагревателя (прочие нагрузки ничтожны), параметр xs достигает значенияTransformers of voltage classes 10 / 0.4, 10 / 0.69, 6 / 0.4, 6 / 0.69 have a typical short-circuit reactance of 4.5%. Thus, in the worst case, when the power of the transformer is equal to the power of the heater (other loads are negligible), the parameter xs reaches the value

xs≈4.5%.xs≈4.5%.

Таким образом волновое сопротивление равноThus, the impedance is

ρ=(xs/yO)1/2≈0.316.ρ = (xs / yO) 1/2 ≈0.316.

Это намного меньше омического сопротивления R, так что ожидаемые переходные процессы будут апериодичны.This is much less than the ohmic resistance R, so the expected transients will be aperiodic.

6. Работа регулируемого омического нагревателя иллюстрируется осциллограммами, полученными на математической модели (фиг.4). Графики даны в относительных единицах. При нормировке за единицу взяты:6. The operation of the adjustable ohmic heater is illustrated by the oscillograms obtained in the mathematical model (figure 4). Charts are given in relative units. When normalizing per unit taken:

- круговая частота - ω=1,- circular frequency - ω = 1,

- амплитуда фазного напряжения сети - Vsm=1,- the amplitude of the phase voltage of the network - Vsm = 1,

- номинальная амплитуда фазного тока - Ism=1.- nominal amplitude of the phase current - Ism = 1.

На фиг.4 (верхний рисунок) на графиках даны:Figure 4 (upper figure) on the graphs are given:

isa - потребляемый фазный ток,isa is the consumed phase current,

vea - напряжение конденсатора,vea is the capacitor voltage,

vsa - фазная э.д.с. сети,vsa - phase emf network

ven - напряжение смещения нейтрали,ven is the neutral bias voltage,

vab - линейное напряжение сетевых шин,vab - line voltage of network buses,

isal - первая гармоника потребляемого тока.isal is the first harmonic of current consumption.

В оглавлении фиг.4 приведены параметры схемы замещения (фиг.3) и параметры режима. Графики сняты при угле управленияThe table of contents in Fig. 4 shows the parameters of the equivalent circuit (Fig. 3) and the parameters of the mode. Graphs taken at control angle

alpha=20.0°,alpha = 20.0 °

при котором искажения сетевого напряжения достигают максимумаat which the distortion of the mains voltage reaches a maximum

iskv≈1.859%.iskv≈1.859%.

Этот максимум совсем невелик; вносимые регулируемым омическим нагревателем искажения намного меньше предельных значений, допустимых по стандарту на качество напряжения сетей ГОСТ Р 54149.This maximum is quite small; distortion introduced by an adjustable ohmic heater is much less than the limit values allowed by the standard for voltage quality of networks GOST R 54149.

Для справки в оглавлении даны также эффективное значение искажающей части потребляемого токаFor reference, the table of contents also gives the effective value of the distorting part of the current consumption.

efiski≈5.294%efiski≈5.294%

и амплитуды наиболее интенсивных гармоник тока с номерами 5, 7and amplitudes of the most intense current harmonics with numbers 5, 7

hisa 5≈6.879%,hisa 5≈6.879%,

hisa 7≈2.423%.hisa 7≈2.423%.

Искажения тока стандартом не регламентируются; достаточно того, что токи эти не искажают недопустимым образом сетевое напряжение.Current distortions are not regulated by the standard; it is enough that these currents do not distort the mains voltage in an unacceptable way.

На фиг.4 (средний и нижний рисунки) даны спектры сетевого напряжения spvab(f) и потребляемого тока spisa(f). Спектры даны в двух масштабах, чтобы были различимы как уровни низших из высших гармоник, так и уровни более высокочастотных гармоник, вплоть до 39-й. Спектры даны в процентах. Ожидаемым образом наибольшую величину имеет 5-я гармоникаFigure 4 (middle and lower figures) shows the spectra of the mains voltage spvab (f) and the current consumption spisa (f). The spectra are given on two scales so that both the levels of the lowest of the higher harmonics and the levels of higher-frequency harmonics, up to the 39th, are distinguishable. Spectra are given as a percentage. The 5th harmonic is expected to be the largest.

spvab(5)≈1.423%.spvab (5) ≈1.423%.

Далее гармоники достаточно быстро убывают; для 29-й гармоникиFurther, harmonics decrease rather quickly; for the 29th harmonica

spbab(29)≈0.142%,spbab (29) ≈0.142%,

На фиг.5 приведены построенные по точкам характеристики регулируемого омического нагревателя. Характеристики даны в функции параметра управления alpha, изменяемого в диапазонеFigure 5 shows the characteristics of an adjustable ohmic heater constructed by points. Characteristics are given in the function of the control parameter alpha, which varies in the range

0≤alpha≤90°.0≤alpha≤90 °.

При нулевом значении alpha транзисторы не замыкаются вовсе. Проводит только конденсатор. При этом достигается минимальная мощность. При принятой в примере проводимости конденсатора минимальная мощностьAt zero alpha, the transistors do not close at all. Conducts only a capacitor. At the same time, minimum power is achieved. With the capacitor conductivity adopted in the example, the minimum power

min P=P(0)≅17.4%.min P = P (0) ≅17.4%.

С увеличением alpha мощность монотонно нарастает, достигая номинальной величины при alpha =90°:With an increase in alpha, the power monotonously increases, reaching a nominal value at alpha = 90 °:

Р(90°)=100%.P (90 °) = 100%.

Кроме P(alpha) на фиг.5 даны еще два графикаIn addition to P (alpha) in figure 5, two more graphs are given

efis(alpha) - потребляемый сетевой ток, эффективное значение, %efis (alpha) - consumed mains current, effective value,%

Vemx(alpha) - амплитуда напряжения конденсатора, %.Vemx (alpha) is the amplitude of the capacitor voltage,%.

Потребляемый ток efis во всем диапазоне работы не превышает номинального.The consumed current efis in the entire range of operation does not exceed the nominal.

Дополнительное полезное свойство регулируемого омического нагревателя демонстрирует график амплитуды напряжения конденсатора Vemx (alpha). Во всем диапазоне работы эта амплитуда не превышает единицы в относительных единицах, т.е. не превышает амплитуды фазного напряжения. Таким образом класс напряжения транзисторов предлагаемой схемы определяется фазным сетевым напряжением в отличие от прототипа, в котором при определенных углах управления к тиристорам прикладывается не фазное, но линейное напряжение. При сетевом напряжении ~690 V в предлагаемом устройстве могут быть применены транзисторы, рассчитанные на сетевое напряжение ~400 V (т.е. транзисторы с VCES=1200 V вместо транзисторов с VCES=1700 V). Первые имеют значительно меньшие потери мощности по сравнению с более высоковольтными вторыми. Аналогично при сетевом напряжении ~400 V применяются транзисторы, рассчитанные на сетевое напряжение ~230 V, с достижением того же выигрыша по мощности потерь.An additional useful feature of the adjustable ohmic heater is a graph of the amplitude of the voltage of the capacitor Vemx (alpha). In the entire range of operation, this amplitude does not exceed unity in relative units, i.e. does not exceed the amplitude of the phase voltage. Thus, the voltage class of the transistors of the proposed circuit is determined by the phase mains voltage, in contrast to the prototype, in which at certain control angles not phase, but linear voltage is applied to the thyristors. With a supply voltage of ~ 690 V, transistors designed for a supply voltage of ~ 400 V can be used in the proposed device (i.e., transistors with V CES = 1200 V instead of transistors with V CES = 1700 V). The former have significantly lower power losses compared to the higher-voltage latter. Similarly, with a network voltage of ~ 400 V, transistors are used that are designed for a network voltage of ~ 230 V, with the same gain in power losses.

На фиг.5 (средний рисунок) дан график зависимости искажений сетевого напряжения iskv от угла управления alpha. Во всем рабочем диапазоне искажения сетевого напряжения малы; максимум при alpha=20° равен всего лишь 1.859%.Figure 5 (middle figure) is a graph of the dependence of the distortion of the mains voltage iskv on the control angle alpha. Throughout the entire operating range, the voltage distortion is small; the maximum at alpha = 20 ° is only 1.859%.

На фиг.5 (нижний рисунок) для справки даны графики токов гармоник с номерами 5,7 (hisa 5 и hisa 7, %), а также суммарного тока гармоник efiski (%). Как видно из графиков, суммарная величина efiski близка к сумме (в квадратурах) токов гармоник 5, 7. Вклад высокочастотных высших гармоник незначителен.In Fig. 5 (lower figure), for reference, graphs of harmonics currents with numbers 5.7 (hisa 5 and hisa 7,%), as well as the total harmonic current efiski (%) are given. As can be seen from the graphs, the total value of efiski is close to the sum (in quadratures) of the harmonics currents 5, 7. The contribution of high-frequency higher harmonics is insignificant.

Приведенные выше графики построены для конкретного сочетания параметров xs, yО, однако они достаточно полно характеризуют предложенное устройство. Параметр xs (реактанс короткого замыкания) для средневольтных трансформаторов варьируется очень мало. Здесь следует ожидать в конкретных применениях скорее облегченных условий, когда мощность сетевого трансформатора S выше мощности нагревателя РN (присутствуют другие потребители). В этом случае в расчеты войдет лишь доля реактанса рассеяния трансформатора PN/S·xs, и вносимые искажения будут меньше, чем в базовом примере. Некоторое утяжеление условий может возникнуть при ужесточении условий по нижней границе зоны регулирования, т.е. уменьшении заданной минимальной мощности. В этом случае придется уменьшить проводимость шунтирующей емкости, и в результате этого искажения сетевого напряжения вырастут. Однако это возрастание начинается с очень низкого уровня, и искажения остаются небольшими и вполне приемлемыми. Например, при снижении задания минимальной мощности до Pmin=8.5% конденсаторную батарею нужно сократить до ус≈0.3. Максимум искажения напряжения при этом возрастает до iskv≈2.62%, что значительно ниже стандартного допуска.The above graphs are built for a specific combination of parameters xs, yО, however, they fully characterize the proposed device. The parameter xs (short-circuit reactance) for medium-voltage transformers varies very little. Here, in specific applications, one should expect rather lighter conditions when the power of the network transformer S is higher than the power of the heater P N (other consumers are present). In this case, only the fraction of the transformer dissipation P N / S · xs will be included in the calculations, and the introduced distortions will be less than in the basic example. Some aggravation of conditions may occur when conditions are tightened along the lower boundary of the regulation zone, i.e. reducing the set minimum power. In this case, it is necessary to reduce the conductivity of the shunt capacitance, and as a result of this, the distortion of the mains voltage will increase. However, this increase starts at a very low level, and the distortion remains small and quite acceptable. For example, if the minimum power task is reduced to Pmin = 8.5%, the capacitor bank needs to be reduced to us≈0.3. The maximum voltage distortion increases to iskv≈2.62%, which is significantly lower than the standard tolerance.

Предложенное устройство является недорогим эффективным средством регулирования омических нагревателей, снимающим проблему искажений сетевого напряжения для всего класса таких устройств.The proposed device is an inexpensive effective means of regulating ohmic heaters, eliminating the problem of distortion of the mains voltage for the entire class of such devices.

7. Таким образом, при вышеуказанном исполнении заявляемого устройства решаются поставленные задачи:7. Thus, with the above performance of the claimed device, the tasks are solved:

- сохраняются вышеперечисленные достоинства тиристорно-регулируемых нагревателей;- The above advantages of thyristor-controlled heaters are preserved;

- одновременно с этим снимается проблема электромагнитной совместимости.- at the same time, the problem of electromagnetic compatibility is removed.

8. Исходя из вышеизложенного, задача достижения заявленного технического результата, заключающегося в том, что:8. Based on the foregoing, the task of achieving the claimed technical result, which consists in the fact that:

- при работе предложенного устройства сетевое напряжение остается высококачественным даже при соразмерных мощностях сетевого трансформатора и нагревателя;- during the operation of the proposed device, the mains voltage remains high quality even with the proportional capacities of the mains transformer and heater;

- присоединенные потребители сети функционируют без помех, т.е. дополнительная фильтрация сети не требуется;- connected network consumers operate without interference, i.e. additional network filtering is not required;

эффективно решена.effectively resolved.

Источники информацииInformation sources

1. Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. Москва, изд. Додэка XXI, 2007.1. Suker K. Power Electronics. Developer's Guide. Moscow, ed. Dodeka XXI, 2007.

2. Компания «Электропроект». Регуляторы напряжения РНТТ. www.eep.rn.2. The company "Electroproject". RNTT voltage regulators. www.eep.rn.

3. Hingorani N.G., Gyugi L. Understanding FACTS. Concepts and Technology of flexible AC transmission Systems. IEEE Press, NY, USA. IEEE Order No PC5713.3. Hingorani N.G., Gyugi L. Understanding FACTS. Concepts and Technology of flexible AC transmission Systems. IEEE Press, NY, USA. IEEE Order No PC5713.

Claims (2)

1. Регулируемый омический нагреватель переменного тока, содержащий двухполюсник из полупроводниковых вентилей, подключенных между фазой питающей сети и нагревателем, отличающийся тем, что регулирующий двухполюсник составлен из конденсатора переменного напряжения и шунтирующих его полностью управляемых полупроводниковых вентилей, причем шунтирующие вентили замыкаются в моменты прохождения переменного напряжения конденсатора через нуль, а регулирование мощности осуществляется путем изменения фазы размыкания шунтирующих вентилей.1. Adjustable ohmic AC heater containing a two-terminal from semiconductor valves connected between the phase of the supply network and the heater, characterized in that the regulating two-terminal is composed of an alternating voltage capacitor and fully controllable semiconductor valves shunting it, wherein the shunt valves are closed when the alternating voltage passes capacitor through zero, and power control is carried out by changing the phase of the opening of the shunt valves. 2. Регулируемый омический нагреватель переменного тока по п. 1, отличающийся тем, что в качестве шунтирующих вентилей применены транзисторы с изолированным затвором - insulated gate bipolar transistor - IGBT или запираемые тиристоры с изолированной базой - insulated gate commutated thyristor - IGCT. 2. The adjustable ohmic AC heater according to claim 1, characterized in that insulated gate bipolar transistor (IGBT) or insulated gate commutated thyristor (IGCT) are used as shunt valves.
RU2013151417/08A 2013-11-20 2013-11-20 Regulated alternative current resistive heater RU2579932C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013151417/08A RU2579932C2 (en) 2013-11-20 2013-11-20 Regulated alternative current resistive heater

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013151417/08A RU2579932C2 (en) 2013-11-20 2013-11-20 Regulated alternative current resistive heater

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013151417A RU2013151417A (en) 2015-05-27
RU2579932C2 true RU2579932C2 (en) 2016-04-10

Family

ID=53284812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013151417/08A RU2579932C2 (en) 2013-11-20 2013-11-20 Regulated alternative current resistive heater

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2579932C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU204959U1 (en) * 2021-04-02 2021-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Temperature regulator

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2239864C1 (en) * 2003-04-28 2004-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Старт" Temperature adjuster
RU84171U1 (en) * 2009-04-03 2009-06-27 Открытое Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Энергомодуль" (Оао Нпо "Энергомодуль") SEMICONDUCTOR SOFT SWITCH
EP1834506B1 (en) * 2005-01-03 2012-08-01 Jong-Jin Kil Temperature controller and temperature control method, and heating wire thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2239864C1 (en) * 2003-04-28 2004-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Старт" Temperature adjuster
EP1834506B1 (en) * 2005-01-03 2012-08-01 Jong-Jin Kil Temperature controller and temperature control method, and heating wire thereof
RU84171U1 (en) * 2009-04-03 2009-06-27 Открытое Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Энергомодуль" (Оао Нпо "Энергомодуль") SEMICONDUCTOR SOFT SWITCH

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU204959U1 (en) * 2021-04-02 2021-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Temperature regulator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013151417A (en) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Song et al. Multilevel optimal modulation and dynamic control strategies for STATCOMs using cascaded multilevel inverters
Sun et al. A double-resistive active power filter system to attenuate harmonic voltages of a radial power distribution feeder
US8848403B2 (en) Compensation system for medium or high voltage applications
Babaei et al. Voltage quality improvement by a dynamic voltage restorer based on a direct three-phase converter with fictitious DC link
US9948176B2 (en) Static VAR compensator apparatus and operating method thereof
Andrade et al. A novel power calculation method for droop-control microgrid systems
Satputaley et al. Performance analysis of DVR using “new reduced component” multilevel inverter
Jalil et al. An effective structure of three-phase parallel hybrid active power filter to accurate harmonic elimination
Gupta et al. Characteristic analysis for multisampled digital implementation of fixed-switching-frequency closed-loop modulation of voltage-source inverter
RU2579932C2 (en) Regulated alternative current resistive heater
Bhowmick et al. A three-phase four-leg neutral point clamped photovoltaic inverter with decoupled active & reactive power control and DC link voltage ripple minimization under unbalanced grid operation
Sanjay et al. Power quality improvement for non linear load applications using passive filters
Shahir et al. Dynamic modeling of UPFC by two shunt voltage-source converters and a series capacitor
Mani Sankar et al. A cost effective voltage sag compensator for distribution system
Singh et al. Fryze current controller based active power filter
Gamit et al. Harmonic elimination in three phase system by means of hybrid active filter
RU134717U1 (en) POWER CONVERTER
Bansal et al. Adaptive notch filter control algorithm for 5-level distribution static compensator
Pai et al. Reactive Power Compensation and Harmonic Mitigation in a Grid connected system using STATCOM
Kmail Investigation of shunt active power filter for power quality improvement
Habibolahzadeh et al. Rating reduction and optimized DC-link voltage of the HPQC in co-phase traction power system
Rao et al. Mitigation of voltage sag and voltage swell by using D-STATCOM and PWM switched autotransformer
Senapati et al. A novel algorithm for power quality improvement using dynamic voltage restorer with fuzzy logic
Jacobina et al. Three-phase series active power filter without dc voltage source
NSKI et al. Experimental test results of an automatic voltage regulator with independent phase voltage controllers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161121

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170828